PDF《改进的有源电力滤波器滞环电流控制策略》

i c a, i c b, i c c为APF产生的三相补偿电流;

ua, ub, uc 为逆 变电路输出端电压.为分析方便, 此处忽略电网侧 线路阻抗, 得到下式: L d i c d t = u- e (

1 ) 式中: i c= i c a i c b i c c [ ]T ;

e= e a e b e c [ ]T ;

u= ua ub uc [ ]T , 且对u i( i=a , b , c ) 有―911―第38卷第12期2014年6月25日Vol.38No.12June2 5,

2 0

1 4 u i= + Ud

2 上桥臂导通, 下桥臂关断, 即s i=1 - Ud

2 上桥臂关断, 下桥臂导通, 即s i=0 ì ? í ? ? ? ? 即ui= s i-

1 2 ? è ? ? ? ÷Ud (

2 ) 式中: Ud 为直流侧电压;

s i( i=a , b , c ) 为开关函数. 1.

2 传统电流滞环控制原理 滞环电流控制方法( h y s t e r e t i cc u r r e n tc o n t r o l , HC C) 是一种非线性闭环电流直接控制方法.基于 传统 滞环电流控制方法的APF的电路原理图如图2所示. 图2 传统滞环电流控制方法 F i g .

2 M e t h o do f t r a d i t i o n a l h y s t e r e t i cc u r r e n t c o n t r o l 首先由电流传感器检测出负载实际电流信号 i l, 与给定的期望电流值i* s 相减, 由此得到需补偿 的电流值i* c .若i l- i* s 大于滞环上限值i* c + α, 则 使上桥臂关断, 以减小实际电流i l;

若i l- i* s 小于 滞环下限值i* c - α, 则使上桥臂开通, 以增大实际电 流i l.该方法使补偿电流值通过滞环环节后被限制 在一个固定的范围内, 使实际电流实时准确地对指 令电 流进行跟踪. 固定滞环宽度的表达式如式(3)―式(

5 ) 所示. 指令电流: i* c = Im s i nω t (

3 ) 滞环上限: i u p= i* c + α (

4 ) 滞环下限: i d o w n= i* c - α (

5 ) 式中: Im 为指令电流幅值;

α 为滞环半宽. 该传统滞环控制方法缺点是开关频率不固定, 波动较大, 且较大的开关频率使得器件的损耗加大.

2 优化合理的控制策略 为解决滞环电流控制法中频率不固定、 频率范 围波动大、 开关损耗高的缺点, 本文采用优化合理的 控制策略, 按如下优化思路达到下列优化目标.

1 ) 对滞环电流控制的开关频率特性进行分析, 得到开关频率与滞环环宽之间的关系, 为滞环宽度 的选择提供依据.

2 ) 通过对负载产生谐波的预测分析, 将初步预 测的补偿电流作为参考, 合理调节α 的变化趋势, 从 而达到减小 Δ i的目的, 以降低开关频率.

3 ) 对开关损耗进行定量分析, 得到影响开关损 耗的主要因素, 合理调节一个周期内开关次数的分 布, 达到减小开关损耗的目的.

4 ) 适应负载谐波电流随机性的特点, 在α 中引 入随机函数, 使开关频率在固定的开关频率附近变 化, 从而减小开关频率变化范围. 2.

1 定频分析 首先对开关频率与环宽的关系进行分析, 以探 究α 如何选取可以实现开关频率固定 的目标.在图1中, 为分析方便, 忽略网侧线路阻抗, 以a相为 例, 由于 A P F 开关频率较高, 因而在一个开关周期 内可对其输出电压值进行线性化处理, 且设开关周 期T= t 1+ t 2, 对误差电流 Δ i c a分段分析.由式( 1) 经计算并线性化处理分段分析后可得开关频率为: f= U2 d-4 e

2 a

8 α L Ud (

6 ) 由式(

6 ) 可知, 开关频率是直流侧电压Ud, 电网 电压e a, 滤波电感L 及滞环带宽α 的函数.适当调 节e a, α 及Ud 的关系, 可实现频率固定. 2.

2 降低开关频率变化范围的定性分析 首先对负载特性进行分析, 以便确定变环宽电 流函数的表达式.目前电力系统中的非线性负载大 体分为两类: 瞬时突变的负载, 它们为含有电弧和铁 磁非线性设备;